【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜制备领域，更为具体的，涉及一种无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法。
技术介绍
1、近些年来，由于新型氧化铪基铁电薄膜(以下简称hfo2基铁电薄膜)材料具有与cmos工艺兼容、读写速度快、存储密度高和无毒无污染等优势引起了人们极大的关注，目前已成为最有潜力的新型半导体存储器材料之一。
2、但是，因在薄膜制备过程中通常都是将其沉积在衬底材料上，且在hfo2基铁电薄膜制备中沉积顶底电极目的是给薄膜提供一定的夹持应力诱导出更强的铁电性能，使得其被束缚，阻碍了其向柔性电子等领域的发展与应用，同时直接将带有衬底和电极的hfo2基铁电薄膜制备为tem平面样品会在垂直方向上出现hfo2基铁电薄膜与电极、衬底晶格重叠的现象，导致无法有效表征hfo2基铁电薄膜的晶相信息，这严重阻碍了沿hfo2基薄膜水平方向的相关微观表征研究。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，能够制备出无衬底和电极约束的自支撑结构hfo2基铁电薄膜，减少了其它应力引入的可能性和对hfo2基铁电薄膜电学性能和晶体结构的影响。同时，制备过程简单、成本低、效率高，具有非常好的应用前景。
2、本专利技术的目的是通过以下方案实现的：
3、一种无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，包括以下步骤：
4、s1，在带有sio2层的硅衬底上沉积底电极；
5、
6、s3，在hfo2基铁电薄膜表面沉积顶电极；
7、s4，将步骤s3得到的带有sio2层硅衬底的hfo2基铁电薄膜进行热处理退火使其结晶化；
8、s5，将sio2层作为牺牲层，使用碱溶液加热反应溶解掉sio2牺牲层得到去除sio2牺牲层硅衬底的hfo2基铁电薄膜；
9、s6，溶解掉底电极和顶电极得到无衬底和电极约束自支撑结构的hfo2基铁电薄膜。
10、进一步地，在步骤s1中，所述沉积底电极具体包括：通过磁控溅射法沉积w/tin/ni底电极。
11、进一步地，在步骤s2中，所述沉积hfo2基铁电薄膜具体采用原子层沉积法制备。
12、进一步地，在步骤s3中，所述沉积顶电极具体包括：采用磁控溅射法沉积w/tin/ni顶电极。
13、进一步地，在步骤s3中，所述顶电极在沉积过程中通过添加或不添加掩模版得到点电极或面电极。
14、进一步地，在步骤s4中，所述进行热处理退火为带有sio2层硅衬底的整体薄膜进行热处理退火，使其从非晶态转变为晶态。
15、进一步地，在步骤s5中，所述碱溶液包括koh溶液。
16、进一步地，在步骤s6中，所述溶解掉金属电极具体包括：配置氨水nh4oh、双氧水h2o2与去离子水h2o的混合溶液的sc-1溶液进行加热反应溶解掉金属电极。
17、进一步地，在步骤s1中，所述在带有sio2层的硅衬底上沉积底电极，包括子步骤：采用离子溅射仪在sio2牺牲层表面沉积金属au/pt作为底电极；
18、在步骤s3中，所述在hfo2基铁电薄膜表面沉积顶电极，包括子步骤：采用离子溅射仪在hfo2基铁电薄膜表面沉积金属au/pt作为顶电极。
19、进一步地，在步骤s2中，所述在底电极表面沉积hfo2基铁电薄膜，具体包括子步骤：采用脉冲激光沉积法pld/溶胶凝胶法sol-gel/磁控溅射pvd/分子束外延mbe/电子束蒸发镀膜ebe沉积制备hfo2基铁电薄膜。
20、本专利技术的有益效果包括：
21、本专利技术能够制备出无衬底和电极约束的自支撑结构hfo2基铁电薄膜，直接将硅衬底氧化处理后得到的sio2层作为牺牲层，相较于其它牺牲层材料而言，sio2与衬底晶格匹配度更高、热膨胀系数差更小，减少了其它应力引入的可能性，减小了对hfo2基铁电薄膜电学性能和晶体结构的影响。同时，其制备过程简单、成本低、效率高。本专利技术制备的无衬底和电极约束的自支撑结构hfo2基铁电薄膜在新型hfo2基柔性电子领域和tem微观晶相结构表征等方面具有非常大的应用前景。
22、本专利技术的自支撑结构hfo2基铁电薄膜制备方法，克服了衬底和电极对薄膜的束缚作用，为新型hfo2基铁电薄膜的科学研究提出了一种新的制备方法，提升了其发展与应用领域，如将其转移至铜网上作为透射电子显微镜(tem)平面样品，本专利技术所述制备方法消除了薄膜与电极、衬底晶格重叠所导致的tem表征不准确问题，得到薄膜更加清晰完善的晶相结构信息，或转移至柔性衬底上促进其在柔性电子领域的发展与应用。
23、本专利技术采用的sio2牺牲层与硅衬底晶格匹配度更佳、热膨胀系数差值更小，减弱了其它应变引入的可能，最小程度地减小了对hfo2基铁电薄膜性能和晶体结构的影响。同时降低了工艺的复杂程度、降低了成本、提升了工艺流程效率。同时sio2可以直接通过氧化处理si片得到，成本低。
24、本专利技术采用碱溶液作为sio2牺牲层的溶解剂，控制温度在100℃左右加热下不会与hfo2基铁电薄膜发生化学反应。
25、本专利技术采用调整优化后的sc-1溶液作为底电极和顶电极的溶解剂，其刻蚀溶解速度快，但与hfo2基铁电薄膜反应十分缓慢，可大幅减小对hfo2基铁电薄膜的影响，从而保护hfo2基铁电薄膜。
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1.一种无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述沉积底电极具体包括：通过磁控溅射法沉积W/TiN/Ni底电极。
3.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述沉积HfO2基铁电薄膜(4)具体采用原子层沉积法制备。
4.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述沉积顶电极(5)具体包括：采用磁控溅射法沉积W/TiN/Ni顶电极。
5.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述顶电极(5)在沉积过程中通过添加或不添加掩模版得到点电极或面电极。
6.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，所述进行热处理退火为带有SiO2层硅衬底的整体薄膜
7.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，所述碱溶液包括KOH溶液。
8.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述溶解掉金属电极具体包括：配置氨水NH4OH、双氧水H2O2与去离子水H2O的混合溶液的SC-1溶液进行加热反应溶解掉金属电极。
9.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述在带有SiO2层(2)的硅衬底(1)上沉积底电极(3)，包括子步骤：采用离子溅射仪在SiO2牺牲层表面沉积金属Au/Pt作为底电极(3)；
10.根据权利要求9所述的无衬底和电极自支撑结构的HfO2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述在底电极(3)表面沉积HfO2基铁电薄膜(4)，具体包括子步骤：采用脉冲激光沉积法PLD/溶胶凝胶法Sol-Gel/磁控溅射PVD/分子束外延MBE/电子束蒸发镀膜EBE沉积制备HfO2基铁电薄膜。
...【技术特征摘要】
1.一种无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述沉积底电极具体包括：通过磁控溅射法沉积w/tin/ni底电极。
3.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，所述沉积hfo2基铁电薄膜(4)具体采用原子层沉积法制备。
4.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述沉积顶电极(5)具体包括：采用磁控溅射法沉积w/tin/ni顶电极。
5.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述顶电极(5)在沉积过程中通过添加或不添加掩模版得到点电极或面电极。
6.根据权利要求1所述的无衬底和电极自支撑结构的hfo2基铁电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，所述进行热处理退火为带有sio2层硅衬底的整体薄膜进行热处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹可，赵权林，周益春，闫非，廖敏，廖佳佳，张思瑞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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